Как один вид превращается в два? Если вы биолог, это сложный вопрос. В большинстве случаев процесс видообразования происходит, когда особи из одной популяции оказываются географически изолированными. Если они остаются разделенными достаточно долго, то теряют способность к скрещиванию.
Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, демонстрирует, что происходит при менее распространенной форме видообразования. Вместо того чтобы быть разделенными физическим барьером, таким как горный хребет или океан, представители одного вида могут оказаться разделенными во времени.
Исследователи сосредоточились на двух близкородственных видах мотыльков, ареалы которых пересекаются на юго-востоке США. «Эти виды очень похожи. Они различаются по одному признаку — времени полета», — говорит ведущий автор работы Яш Сонди, который проводил исследования во время работы в Международном университете Флориды.
Розовые кленовые мотыльки, относящиеся к роду Dryocampa, выглядят так, как если бы Роальд Даль нарисовал что-то из лихорадочного сна. На голове и брюшке у них густая львиная грива, а их яркие чешуйки цвета клубничного и бананового ириса. И самцы, и самки розового мотылька летают исключительно ночью.
Розово-полосатые дубовые мотыльки или бражники из рода Anisota менее яркие, с едва заметными оттенками охры и умбры. Самки этого вида активны в сумерках и ранним вечером, а самцы предпочитают летать днем.
Из предыдущих исследований Сонди знал, что эти две группы, Dryocampa и Anisota, произошли от одного вида примерно 3,8 миллиона лет назад, что относительно недавно по шкале эволюционного времени. В роде Anisota есть несколько видов, и все они активны днем. Ночная кленовая моль — единственный вид в роде Dryocampa.
Сонди специализируется на биологии зрения насекомых и рассматривал эту пару мотыльков как идеальную возможность изучить, как развивается зрение, когда вид меняет свою модель активности. Но все пошло не так, как планировалось.
«Я искал различия в цветовом зрении. Вместо этого мы обнаружили различия в их часовых генах, что, оглядываясь назад, вполне логично», — говорит Сонди. Часовые гены контролируют циркадный ритм растений и животных. Благодаря приливу и отливу белков, которые они создают, клетки становятся активными или спящими в течение примерно 24 часов. Они влияют на все процессы — от метаболизма и роста клеток до кровяного давления и температуры тела.
В любом организме, который меняет свою модель активности, практически гарантированно задействованы гены часов. «Эта система сохранилась у всех — от плодовых мушек до млекопитающих и растений. У всех есть какой-то механизм хронометража», — говорит он.
Сонди сравнил транскриптомы двух мотыльков. В отличие от геномов, которые содержат всю ДНК организма, транскриптомы содержат только то подмножество генетического материала, которое активно используется для создания белков. Это делает их полезными для изучения различий в уровне белка в течение дня.
Как и ожидалось, Сонди обнаружил ряд генов, которые экспрессируются в разных количествах у двух видов мотыльков. Ночная розовая кленовая бабочка тратила больше энергии на обоняние, в то время как дневная бабочка-дубовик производила больше генов, связанных со зрением.
Однако различий в генах, обеспечивающих способность видеть цвет, не было. Это не обязательно означает, что их цветовое зрение идентично, но если отличия и существуют, то, скорее всего, на уровне настройки и чувствительности, а не в структуре самих генов.
Был еще один ген, который выделялся среди других. Disconnected, или disco, экспрессировался на разных уровнях днем и ночью у обоих видов. Известно, что у плодовых мушек disco косвенно влияет на циркадные ритмы через производство нейронов, которые передают часовые ферменты из мозга в тело.
Ген disco, обнаруженный Сонди в образцах мотылька, был в два раза больше, чем его аналог у плодовой мушки, и имел дополнительные цинковые пальцы — активные части гена, которые непосредственно взаимодействуют с ДНК, РНК и белками. Казалось вероятным, что изменения в гене disco по крайней мере частично ответственны за переход к ночному полету у розовых кленовых мотыльков.
Сравнив ген disco кленового мотылька с геном дубовой бабочки, учёный обнаружил 23 мутации, которые отличали гены друг от друга. Мутации также находились в активных частях гена, что означает, что они способствуют наблюдаемым физическим различиям между мотыльками. Сонди наблюдал за эволюцией в действии.
«Если это подтвердится функционально, то это будет действительно конкретный пример механизма видообразования на молекулярном уровне, который редко встречается», — сказал он. Исследование также является важным толчком к лучшему пониманию различных способов поддержания жизни и размножения.
